Solana Gulf Stream：無內存池協定解析
Learn how Solana Gulf Stream eliminates mempools by routing transactions directly to scheduled validators, enabling 65,000 TPS and reducing MEV.
Solana Gulf Stream 是一種交易轉發設計，它將交易導向即將到來的領導者，而不是依賴傳統的公共內存池。本概覽解釋了 Gulf Stream 在 Solana 架構中的作用、其潛在的延遲優勢，以及領導者感知轉發的權衡。
本文中的性能數據需要結合背景。廣泛引用的 65,000 TPS 數據是理論或受控測試的基準，並非保證的主網吞吐量。大約 400 毫秒的時隙目標並不等同於交易終結性，且費用會隨簽名、計算使用量、優先級設置和網絡條件而變化。
Solana 常被與 65,000 TPS 的理論基準和低費用聯繫在一起，但觀察到的吞吐量和交易成本隨網絡條件和測量方法而異。如果您在 NFT 鑄造或 DeFi 發布期間支付過 50 美元的以太坊礦工費，那麼這個數字要麼解決了您親身經歷的問題，要麼聽起來太完美而不真實。這種說法背後的機制被稱為 Gulf Stream，本文將探討它是如何運作的、它的不足之處，以及為什麼它對於評估 Solana 的架構至關重要。
什麼是 Solana Gulf Stream？
Gulf Stream 定義： Solana Gulf Stream 是一種無內存池交易轉發協定，它在當前區塊敲定之前將未確認的交易直接路由到下一個預定的驗證者領導者，從而減少對傳統公共交易佇列的依賴。
Solana 由 Anatoly Yakovenko 創立，他曾是高通工程師，其 2017 年的白皮書引入了歷史證明以及包含 Gulf Stream 在內的八大創新架構。該區塊鏈的目標是實現 Web 級吞吐量，理論上限超過每秒 65,000 筆交易，平均費用約為 0.00025 美元。
Gulf Stream 是這八項創新之一。它的工作是接收交易：Gulf Stream 不是將未確認的交易留在公共等待區，直到下一個驗證者選取它們，而是主動將每筆交易路由到預定處理下一個區塊的驗證者。
把它想像成一個郵件分揀設施，提前知道明天的郵差分配情況，並在在前一天晚上預先裝好每個郵差的背包。傳統區塊鏈等待郵差到達，然後再從一堆郵件中分揀。Gulf Stream 則在輪班開始前就裝好包。
Gulf Stream 實現了三件事：
- 消除其他區塊鏈所依賴的公共交易佇列（內存池）
- 將未確認的交易直接轉發給即將到來的預定驗證者領導者
- 通過確保領導者在每個時隙開始時已準備好交易，來減少確認延遲
要理解為什麼這很重要，您首先需要了解什麼是內存池，以及為什麼它的缺失在架構上具有重大意義。
什麼是內存池，以及為什麼 Solana 避開傳統的公共內存池？
內存池定義： 內存池（Mempool，或 memory pool）是一個公共等待區，未確認的交易在此排隊，直到驗證者將其選中並納入下一個區塊。
每次您發送 ETH、與 DeFi 協定交互或在以太坊上鑄造 NFT 時，您的交易都會進入此佇列並處於公開狀態。網絡上的所有節點都可以看到每筆待處理的交易，包括涉及的金額和發送者，以及特定的合約交互。
這種架構帶來了三個問題。
擁堵和延遲。 在高需求時期（熱門 NFT 發布、DeFi 協定部署、代幣空投），數以千計的交易在同一個區塊中爭奪空間。內存池填滿，確認時間從幾秒鐘延長到幾分鐘。
最大可提取價值 (MEV)。 由於內存池是公開可見的，機器人會監控其中的獲利機會。當一筆大額交易顯示為待處理時，機器人可以提交一筆具有更高礦工費的競爭交易來優先執行，從而獲取價差。這種被稱為三明治攻擊的前端運行，在繁忙時期會讓常規用戶在每筆重大的 DeFi 交易中損失真金白銀。
不可預測的費用。 為了插隊，用戶必須通過礦工費互相競價。在需求高峰期，費用會毫無預警地飆升。
Solana 沒有內存池，因為歷史證明 (Proof of History) 實現了確定性的領導者時間表。由於每個驗證者都提前知道哪個驗證者將產生下一個區塊，因此不需要持有佇列。設計邏輯直接源於問題：以太坊在公共池中積累交易並讓市場對其進行排序，而 Solana 則在交易積累之前將它們引導至正確的目的地。
Gulf Stream 如何運作：無需內存池的交易轉發
Gulf Stream 以主動的交易路由取代了反應式的交易佇列。每個驗證者不是等待下一個驗證者從公共池中檢索交易，而是將交易直接轉發給預定領導未來時隙的驗證者。
以下是完整的轉發序列：
- 用戶向最近的驗證者節點提交交易。
- 該驗證者不在本地保留交易。它查閱領導者時間表，以確定哪些驗證者將領導接下來的幾個時隙。
- 驗證者將交易直接轉發給即將到來的領導驗證者，大約在時間表的前方四位領導者。
- 這些領導者接收交易並在他們的時隙開始前預加載交易。
- 當領導者的時隙開啟時，交易已經準備就緒並立即處理，沒有任何選擇或排序延遲。
- 如果緊接著的下一個領導者離線，交易已經轉發給轉發鏈中的備用領導者，無需用戶干預即可提供冗餘。
這是直接的點對點路由，而不是向所有節點廣播。與以太坊不同（每個節點接收每筆待處理交易並將其保存在自己的內存池副本中），Gulf Stream 將每筆交易發送給特定的即將到來的領導者。網絡攜帶的冗餘數據要少得多。
領導者時間表：知道誰是下一個驗證者
領導者時間表定義： 領導者時間表是一個預先計算的、公開已知的輪換機制，為每個約 400 毫秒的時隙分配一個驗證者擔任「領導者」角色。由於歷史證明使該時間表具有確定性，Gulf Stream 可以在當前區塊關閉之前將交易轉發給正確的即將到來的領導者。
Solana 網絡上的每個驗證者都有資格成為領導者。在任何給定時刻，恰好有一個驗證者擔任領導者角色並負責生產下一個區塊。該分配不是隨機的，也不是實時協商的。它是預先計算好且公開已知的。
該時間表之所以是確定性的，是因為歷史證明 (PoH) 提供了一種共享的加密時間感。PoH 不是 Solana 的共識機制。該角色屬於 Tower BFT。PoH 的功能類似於加密時鐘：一種可驗證的事件順序記錄，不需要節點通信時間戳。所有驗證者共享相同的 PoH 導出的時間感，這意味著他們都獨立計算出相同的領導者時間表。如果沒有 PoH，就沒有驗證者能知道下一個領導者是誰，Gulf Stream 的定向轉發也就無從談起。
驗證者質押 SOL 以參與領導者輪換。質押創造了經濟上的問責機制：行為不端的驗證者有失去其質押的 SOL 的風險，這即使在沒有公開內存池作為檢查的情況下，也能保護轉發模型的完整性。
轉發與廣播：關鍵區別
轉發機制將 Gulf Stream 與比特幣和以太坊使用的廣播模型區分開來。在那些網絡上，交易會同時廣播到所有節點，並在每個節點的本地內存池中等待，直到礦工或驗證者將其選中。Gulf Stream 將每筆交易發送給特定、已識別的未來領導者。
實際效果：領導者在其時段內到達時，無需從公開堆中選擇交易。交易已預加載，可在時段開始時立即處理，而不是在選擇階段之後。
Gulf Stream 還使 Sealevel（Solana 的並行智能合約運行時）能夠從每個時段的第一個時刻開始，為多個交易安排同時執行。智能合約（在 Solana 的架構中稱為程式）執行延遲極小，因為 Gulf Stream 在時段開始前將交易傳遞給領導者。
Gulf Stream 和 Turbine（Solana 的區塊傳播協議）在管道的不同階段運行。Gulf Stream 處理區塊前的交易接收。Turbine 處理區塊後的數據分發。它們是互補的階段，而不是競爭系統。
有關 Gulf Stream 如何影響 Solana 程式中交易提交的實施級別詳細信息，請參閱 Solana 官方 Gulf Stream 文檔.
Gulf Stream 在何處定位：Solana 的八項核心創新
Solana 建立在八項核心架構創新之上，這些創新作為一個集成系統運行。Gulf Stream 是交易接收層，其效率放大了其他七項。
| 創新 | Solana 架構中的角色 | 管道階段 |
|---|---|---|
| 歷史證明 (PoH) | 提供可驗證時間排序的加密時鐘；實現確定性的領導者計劃 | 基礎 |
| Tower BFT | 使用 PoH 輸出的共識算法（優化的實用拜占庭容錯變體） | 共識層 |
| Turbine | 將區塊數據分發到驗證者網絡的區塊傳播協議（靈感來自 BitTorrent） | 區塊後分發 |
| Gulf Stream | 無內存池的交易轉發協議，將交易路由給即將上任的領導者驗證者 | 區塊前交易接收 |
| Sealevel | 同時處理數千個程式的並行智能合約運行時 | 執行層 |
| Pipelining | 啟用多階段同時處理（獲取、簽名驗證、銀行、區塊廣播）的交易處理單元 (TPU) 管道 | 硬體優化 |
| Cloudbreak | 用於並發讀寫的水平擴展帳戶數據庫 | 狀態存儲 |
| Archivers | 分佈式歷史數據存儲（在當前 Solana 文檔中稱為帳本複制） | 歷史數據層 |
Solana 基金會對這種集成設計的闡述記錄在其 Solana 八項核心創新概述.) 中
Gulf Stream 如何連接 Turbine 和 Tower BFT
Gulf Stream 和 Turbine 在區塊生產過程的兩端運行。Gulf Stream 在區塊生產之前工作：它將進來的交易路由給預定將領導即將到來的時段的驗證者。等到領導者的時段開始時，完整的交易集已經預加載。Sealevel 然後從時段開始並行處理這些交易。
區塊生產後，Turbine 將完成的區塊分解成較小數據包並並行傳播，將其分發到其餘的驗證者網絡。Tower BFT 然後使用在傳播期間和之後收集的投票，在驗證者之間達成共識。
完整序列：交易提交、Gulf Stream（轉發給領導者）、Sealevel（並行執行）、區塊生產、Turbine（傳播區塊）、Tower BFT（共識）、最終確定。
Gulf Stream 的具體貢獻是確保領導者以已完成的工作開始每個時段，從而使每個下游階段都更快地開始。
Gulf Stream 設計的限制與權衡
Gulf Stream 的無內存池設計通過特定的架構選擇實現了其性能提升，而這些選擇引入了真實的權衡，任何對 Solana 架構的嚴肅評估都應直接處理這些權衡。
當計劃中的驗證者離線時會發生什麼？
Gulf Stream 交易帶有大約 150 個時段（約 60 秒）的短生存時間（TTL）。如果一筆交易被轉發給一個在處理它之前離線的領導者，該交易將會過期，並且必須由用戶或應用程式重新廣播。
這種故障模式通過 Gulf Stream 的多領導者轉發設計得以緩解。Gulf Stream 並非僅將每筆交易路由給下一個即時領導者，而是同時轉發給大約四個即將到來的領導者。如果第一個計劃中的領導者無響應，Tower BFT 會檢測到錯過的時段並推進計劃。備用領導者已經持有轉發的交易。
實際結果：領導者離線會導致短暫的時段跳過，約 400ms 到 800ms，但在正常網絡條件下不會導致交易丟失。對於 dApp 開發者來說，樂觀確認（約 400ms 時段時間）適用於非關鍵用戶體驗交互。已確認的最終確定（約 13 秒，或 32 個時段）是不可逆金融操作（如資金轉賬或NFT結算）的適當閾值。有關承諾級別的技術細節，請參閱 Solana 的交易承諾級別文檔.
Gulf Stream 消除了經典的公開內存池 MEV：依賴機器人監控可見的待處理交易隊列的前向運行、三明治攻擊和 gas 價格操縱。沒有公開的內存池，這些攻擊向量就失去了它們的主要數據源。
然而，Gulf Stream 本身並非中心化機制。該協議通過 Solana 的權益證明設計下已存在的驗證者集來路由交易。驗證者質押 SOL 作為經濟擔保，不當行為可能導致質押削減，即使沒有基於內存池的透明度作為檢查，也能保持問責。
關於 Solana 架構合法的中心化擔憂是硬件門檻。Solana 驗證者需要高規格的硬件，這造成了比某些競爭性區塊鏈更小、更集中的驗證者集。這種集中是一個有效的架構批評，但它是 Solana 總體設計的一個特性，而不是 Gulf Stream 的特定結果。
關於殘餘 MEV：領導者在他們的時段內保留排序權威。Solana 的 MEV 生態系統（Jito Labs、優先費用）通過捆綁提交而不是內存池掃描，在這個領導者級別運行。Gulf Stream 改變了 MEV 發生的地點，而不是它是否發生。
網絡擁塞：Solana 2021-2022 年停機事件的背景
Solana 在 2021 年和 2022 年經歷了多次網絡停機。其中幾次涉及交易洪水：機器人提交了大量低價值交易，在合法交易得到處理之前，就淹沒了 Gulf Stream 轉發機制，並填滿了領導者時段。
停機後，Solana 工程師實施了兩項重要的協議改進。QUIC 傳輸協議取代了 UDP 用於交易提交，實現了對來自單個來源連接的速率限制。本地化費用市場允許費用因交易類型和資源使用而異，從而使垃圾交易攻擊的維持成本更高。
自 2022 年以來，網絡穩定性已大幅提升。Gulf Stream 的權衡是真實存在但有限的：該設計優先考慮吞吐量和 MEV 削減，代價是在驗證者失效期間的交易持久性，以及對協調式垃圾郵件攻擊存在一些殘留的脆弱性，隨後的升級已部分解決了這些問題。
現實世界應用：誰從 Gulf Stream 中獲益最多？
Gulf Stream 的預加載架構為交易密集型應用程序帶來了可衡量的收益，在這些應用中，確認延遲直接影響用戶結果。
Solana 性能數據（Solana Foundation 基準測試）：
- 理論最大值：約 65,000 TPS（理想條件下）
- 現實世界持續值：約 2,000-4,000 TPS（正常主網負載）
- Ethereum 主網：約 15-30 TPS
- Bitcoin：約 7 TPS
| 區塊鏈 | 理論最大 TPS | 現實世界持續 TPS | 平均交易費 |
|---|---|---|---|
| Bitcoin (BTC) | ~7 TPS | ~3.5-7 TPS | ~$1-$5 (隨需求變化) |
| Ethereum (ETH) | ~30 TPS | ~15-30 TPS | 變動 (礦工費拍賣) |
| Solana (SOL) | ~65,000 TPS | ~2,000-4,000 TPS | ~$0.00025 |
Solana 的速度是八項創新共同作用的結果，而非僅靠 Gulf Stream。Proof of History 消除時間同步開銷，Sealevel 實現並行執行，Pipelining 同時處理多個交易階段，而 Turbine 則高效分配區塊。Gulf Stream 的具體貢獻在於：移除內存池選擇延遲，使領導者在每個時段 (slot) 開始時都有一套完整、準備就緒的交易集。
DeFi 協議 (Raydium, Jupiter, Orca)。 去中心化交易所 (DEX)，如 Raydium 和 Jupiter，需要快速且可預測的兌換和清算執行。Gulf Stream 的預加載意味著在時段開啟時，兌換交易已在領導者處暫存，從而降低執行延遲並減少待處理訂單遭受夾心攻擊的風險。Gulf Stream 的性能是 Solana DeFi 生態系統在機構規模上與以太坊基礎協議競爭的先決條件。
高頻與算法交易。 需要次秒級執行的策略依賴於可預測的確認時間。公共內存池的缺失也減少了有關待處理訂單的信息洩露，這對於否則會面臨搶跑風險的策略而言至關重要。
NFT 市場。 在基於內存池的鏈上，當成千上萬的用戶同時提交時，高交易量的鑄造事件會導致礦工費飆升和交易失敗。Gulf Stream 將交易負載分配給即將到來的領導者，而不是將提交內容累積在單個擁堵點上。
支付與微型支付 (Solana Pay)。 消費者支付應用需要可預測且低成本的結算。Gulf Stream 的預路由通過降低每個領導者在每個時段面臨的處理開銷，為 Solana 的低費用環境做出了貢獻。
相關 Solana 架構資源
Gulf Stream 是 為什麼 Solana 又快又便宜 指南中討論的原因之一；轉發後的執行涵蓋在 Sealevel 並行處理 中。如果讀者獨立決定進行交易，可以使用 SOL 價格頁面 獲取市場背景，或使用 SOL/USDT 現貨市場 進行現貨交易。
常見問題解答：Solana Gulf Stream
什麼是 Solana Gulf Stream？
Solana Gulf Stream 是一種無內存池的交易轉發協議，它在當前區塊關閉之前將未確認的交易直接路由到下一個預定的驗證者領導者。它利用 Solana 由 Proof of History 實現的確定性領導者排期，將每筆交易發送給將處理它的特定驗證者，而不是將交易排隊在公共等待區中。
為什麼 Solana 沒有內存池？
Solana 不需要內存池，因為 Proof of History 提供了一個共享加密時鐘，使驗證者領導者排期是確定的且能提前公開獲知。Gulf Stream 可以將交易直接路由到即將到來的領導者，而無需等待隊列。在其他區塊鏈上，內存池的存在是因為驗證者在下一個區塊產生之前不知道誰會產生它；隊列是 Gulf Stream 所取代的協調機制。
Gulf Stream 如何讓 Solana 更快？
Gulf Stream 消除了傳統區塊鏈上為每個區塊增加延遲的內存池選擇階段。當領導者的時段開始時，交易已經預加載，而不是從隊列中選擇，這減少了每個時段的開銷，並使 Sealevel 並行執行引擎能夠立即開始處理。Gulf Stream 是貢獻於 Solana 吞吐量的八項創新之一，此外還有 Proof of History、Sealevel、Pipelining 和 Turbine。
Solana 的每秒交易速度有多快？
根據 Solana Foundation 的基準測試，Solana 在理想條件下的理論最大吞吐量約為 65,000 TPS。在正常主網負載下的現實世界持續吞吐量約為 2,000 到 4,000 TPS。相比之下，以太坊在主網上處理約 15 到 30 TPS，比特幣處理約 7 TPS。理論與現實數據之間的差距反映了網絡狀況和驗證者硬件分佈，而非 Gulf Stream 特有的缺陷。
Gulf Stream 是否能防止 Solana 上的 MEV？
不能，但它顯著改變了 MEV 的動態。Gulf Stream 減少了經典的內存池 MEV（搶跑和夾心攻擊），因為沒有公共等待隊列供機器人監控。然而，Solana 領導者在其時段內保留排序權，並可以通過交易排序提取價值。Solana 有自己的 MEV 生態系統，包括 Jito Labs，它通過優先費用和捆綁提交在領導者層面運作。
當 Solana 驗證者錯過其時段時會發生什麼？
Tower BFT 會檢測到錯過的時段並切換到排期中的下一個驗證者。由於 Gulf Stream 會同時將交易轉發給大約四個即將到來的領導者，因此備用領導者已經持有轉發的交易。用戶通常會經歷 400 毫秒到 800 毫秒的簡短時段跳過。未被備用領導者接手的交易將在大約 150 個時段（約 60 秒）後過期，需要重新廣播。
Gulf Stream 與 Proof of History 有什麼關係？
Proof of History (PoH) 是使 Gulf Stream 在架構上成為可能的加密時鐘。PoH 創建了一個可驗證的、共享的事件排序記錄，所有驗證者都獨立計算該記錄，這使得 Solana 能夠提前計算驗證者領導者排期。Gulf Stream 完全依賴於該排期：如果不知道哪個驗證者領導下一個時段，主動交易轉發就不可能實現。PoH 是時鐘；Gulf Stream 是根據時鐘指示運作的路由系統。請注意，PoH 不是 Solana 的共識機制。Tower BFT 負責處理共識。有關基礎論文，請參閱 Anatoly Yakovenko 的原始 Proof of History 白皮書.
Gulf Stream 如何與 Turbine 交互？
Gulf Stream 和 Turbine 是 Solana 交易流水線中的連續階段。Gulf Stream 在區塊生產之前運作，將傳入的交易路由到即將到來的領導者驗證者。Turbine（Solana 的區塊傳播協議）在區塊生產之後運作，將完成的區塊分解為較小的數據包，並並行分發到驗證者網絡中。它們解決不同的瓶頸：Gulf Stream 處理交易攝入延遲，而 Turbine 處理區塊分發帶寬。
延伸閱讀
Gulf Stream 是旨在作為集成架構運行的八項創新系統中的一個組成部分。有關實現層面的技術參考：
- Solana 官方 Gulf Stream 文件:)：通訊協定規範與交易轉發機制
- Solana 基金會八大核心創新概述:)：說明 Gulf Stream 如何連接到 Turbine、Sealevel 以及完整的架構
- Anatoly Yakovenko 的原始歷史證明 (Proof of History) 白皮書:)：描述歷史證明及其在啟用 Gulf Stream 中所扮演角色的基礎文件
此內容僅供資訊與教育目的使用。它不構成財務、投資或法律建議。Solana (SOL) 是一種波動性大的數位資產；過往績效並不代表未來結果。讀者在做出投資決定前，應進行獨立研究並諮詢合格的財務顧問。